Программа Сервисный Центр
0

Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1


Сергей Скворцов, radioyearbook@gmail.com

Продолжение цикла статей. Начало в «Радиоежегоднике» вып. 20 – 23

Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1

Сразу хочу поблагодарить читателей, проявивших интерес к моей конструкции, опубликованной в [1], при обсуждении на форуме РадиоЛоцман [2].

Вначале была идея дополнить, описанный ранее Задатчик тока 4-20 мА, отдельной приставкой, дающей возможность в цифровом виде отображать не только значение тока в миллиамперах, но и масштабировать его в значение соответствующей физической величины (давления, уровня, расхода и т.д.). Однако в процессе обсуждения будущей конструкции мастера КИПиА и наладчики выразили желание иметь более функциональный прибор – «три в одном».

Задатчик – измеритель – масштабатор тока 4-20 мА

На фото слева (Рисунок 1): так выглядит Задатчик тока 4-20 мА, описанный в моей предыдущей статье, после нескольких лет эксплуатации; а на фото справа (Рисунок 2) новая разработка: Задатчик – измеритель – масштабатор тока 4-20 мА перед началом опытной эксплуатации.

 
Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1
Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1
Рисунок 1.Рисунок 2.

Проницательный читатель, внимательно рассматривая немногочисленные органы управления на новом приборе, уже может сделать свои заключения о его принципе действия. Но «законы жанра» требуют более подробного и последовательного описания.

Как правило, в процессе наладки систем автоматизации приходится оперировать не с отвлеченными миллиамперами «токовой петли», а с реальными физическими параметрами: давление, уровень, расход, температура и т. д., – которые, в свою очередь, выражены в Па, кПа, МПа, кгс/см2, м, см, л/мин, м3/ч, %, °С и т. п. К тому же стандартный ряд верхних пределов измерений представляет собой последовательность  «некруглых» чисел: 6.3, 10, 16, 25, 40, 63…

И хотя перерасчет (масштабирование) значений тока в цифровое значение физического параметра несложен, – в пределах четырех арифметических действий, – но в «в уме» его сделать трудно. Поэтому на практике обычно ограничиваются оценкой «на глазок» или, в лучшем случае, используют какие-то таблицы. Шкала стрелочного индикатора, предложенная для Задатчика тока 4-20 мА (Рисунок 3), эту проблему решала лишь частично. Очевидно, что цифровой индикатор предпочтительнее.

Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1
Рисунок 3. Шкала стрелочного индикатора Задатчика тока 4-20 мА.

На рынке оборудования предлагается достаточно большое количество разнообразных моделей приборов, предназначенных для измерения и наладки средств автоматизации. Я остановлюсь лишь на сравнительно недавно появившемся Измерителе токовой петли ИТП-11 [3]. (Рисунок 4).

Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1
Рисунок 4. Внешний вид ИТП-11 – http://www.owen.ru/catalog/47630385.

Прибор ИТП-11 предназначен для измерения и индикации физических величин, преобразованных в унифицированный сигнал постоянного тока от 4 до 20 мА. Прибор содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для оцифровки измеренного сигнала в токовой петле. Оцифрованный сигнал поступает в микроконтроллер (МК), где осуществляется цифровая фильтрация сигнала, а также коррекция и масштабирование. Полученное значение сигнала выводится на цифровой индикатор. Питание измерителя от токовой петли (2-проводная схема подключения, падение напряжения не более 7 В). Монтажная часть прибора имеет форму и габариты стандартной сигнализационной лампы.

На мой взгляд, этот прибор хорошо подходит для работы в паре с Задатчиком тока 4-20 мА. Однако наладчики убедили меня в том, что им будет неудобно постоянно манипулировать тремя кнопками, а лучшим вариантом будет малогабаритный тумблер для переключения режима индикации «4-20 мА» – «МАСШТАБ.» (масштабированное значение). Для выбора значений из стандартного ряда верхних пределов измерений решено было использовать галетный переключатель, например, от неисправного мультиметра (см. Рисунок 2).

И вот другие, пожалуй, самые принципиальные пункты технического задания:

  • Измеритель и масштабатор должны быть выполнены без применения МК на элементах широкого применения с использованием недорогой цифровой измерительной панели с ЖК-индикатором, например, EC-213B (DCV ±200 мВ) или аналогичной.
     
  • Питание измеритель и масштабатор должны получать по токовой петле 4-20 мА с падением напряжения не более 5.5 В. Питание ЖКИ измерительной панели – 9-вольтовая батарея 6F22.
     
  • Погрешность измерения и масштабирования – не более 1% ±3 ед. мл. разряда индикатора.

Описание схемы

Имея продуманное техническое задание, можно начинать прорабатывать основные схемные решения. Я не буду подробно останавливаться на самом процессе разработки схемы, изображенной на Рисунке 5, а отмечу только основные моменты.

Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Задатчик - измеритель - масштабатор тока 4-20 мА. Часть 1
Рисунок 5. Задатчик – измеритель – масштабатор тока 4-20 мА. Схема электрическая принципиальная.

Основой задатчика тока 4-20 мА является микросхем DA1 LM317. Он подробно описан в [1] и представляет собой двухполюсник, выполняющий функции регулируемого стабилизатора постоянного тока. Причем, отдельного источника питания для него не требуется, и устройство с соблюдением полярности может быть включено в любой участок токовой цепи. При проведении наладочных или ремонтных работ его обычно включают вместо датчика технологического параметра.

Микросхема VD3 «идеального стабилитрона» TL431 одновременно выполняет функции источника питания +5 В (задается резисторами R2, R3) и опорного напряжения около +2.5 В (выв. 3).
Резистор R1 (10 Ом) является токоизмерительным. При протекании через него тока 4…20 мА согласно с законом Ома падение напряжения на нем составит –40…–200 мВ относительно общего провода.

Операционные усилители (ОУ) DA2.1 и DA2.2 на микросхеме LM358 выполняют функцию усиления и нормализации измерительного сигнала. ОУ DA2.2 используется для непосредственного измерения тока, он преобразует входной ток 0…20 мА в выходное напряжение 0…2 В. ОУ DA2.1 масштабирует входной ток 4…20 мА в выходное напряжение 0…2 В. Оба ОУ включены по типовой схеме инвертирующего усилителя. С помощью резистора R7, подключенного к источнику опорного напряжения около +2.5 В, осуществляется сдвиг характеристики преобразования ОУ DA2.1 от нуля к 4 мА.

Галетным переключателем SA3 осуществляется выбор верхних пределов масштабатора из ряда стандартных значений. Масштабирование выполняется с помощью простых резистивных делителей R16…R39. Подстроечными резисторами обеспечивается возможность калибровки соответствующих диапазонов масштабатора.

Переключение тумблера SA1 в положение «ИЗМЕРЕНИЕ» дает возможность измерять и масштабировать до 20 мА ток, протекающий через гнезда «+ ИЗМЕРЕНИЕ –». При этом цепи задатчика тока 4-20 мА на микросхеме DA2 от измерительных цепей отключаются полностью.

Использованная литература и ссылки

  • С. Скворцов. Задатчик тока 4-20 мА для наладки систем автоматизации. Радиоежегодник, 2013, выпуск 22, с. 315-323. http://www.rlocman.ru/book/book.html?di=148043
  • Обсуждение: Задатчик тока 4-20 мА для наладки систем автоматизации. Форум РадиоЛоцман. http://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?p=119805
  • ИТП-11. Преобразователь аналоговых сигналов измерительный универсальный. Руководство по эксплуатации, 2011. http://www.owen.ru/uploads/re_itp-11_1249.pdf
  • Марина и Сергей Амелины. Основные правила моделирования электронных устройств с использованием программ схемотехнического анализа. http://microcap-model.narod.ru/modelling.htm
  • В.Н. Гололобов. Программа TINA-TI и моделирование электрических схем. Схема инкубатора. Радиоежегодник, 2013, выпуск 20, с. 343. http://www.rlocman.ru/book/book.html?di=146748
  • Часть 2

     
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
     
    Обратная связь

    Наши партнеры

     

    Опросы

    Есть ли справедливость в жизни?
    Конечно есть, уверен!
    Вроде как должна быть, но...
    Затрудняюсь ответить...
    Какая справедливость? О чем Вы?
    Эх.., нет правды на свете!

     

    Облако тегов

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
     

    Календарь публикаций

    «    Декабрь 2016    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
     
     

    Архив новостей

    Декабрь 2016 (1)
    Ноябрь 2016 (42)
    Октябрь 2016 (34)
    Сентябрь 2016 (38)
    Август 2016 (34)
    Июль 2016 (36)
     
    Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"